1、 年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:作者简介:吴亚帆(),女,硕士,工程师,主要从事垃圾渗滤液污水设计与研究.垃垃圾圾渗渗滤滤液液膜膜浓浓缩缩液液软软化化除除硬硬优优化化的的研研究究吴亚帆,张 渝,陈 龙(长沙中联重科环境产业有限公司,湖南 长沙 ;甘肃省核地质二一三大队,甘肃 天水 )摘要:生活垃圾全量化应急服务项目中D T R O浓缩液处理常采用MV R蒸发,蒸发的预处理主要为“双碱法”,用以去除污水的硬度,延缓蒸发器的清洗周期,提高生产运行效率.由于垃圾渗滤液中氨氮和碱度
2、较高,“双碱法”直接预处理所需药剂费用较高,为此,设计了一种新型预处理方法,通过试验表明:优化后的预处理药剂费用从 元/t降至 元/t;两种预处理方法,在同一硬度条件下蒸发,对结垢底物状态和沸点升的影响可以忽略,但优化预处理的废水中泡沫大量减少,消泡药剂使用量减少,冷凝液水质更接近排放标准.关键词:D T R O浓缩液;预处理;双碱法;MV R蒸发中图分类号:X 文献标识码:A文章编号:()S t u d yo nS o f t e n i n ga n dR e m o v i n gH a r d e n i n gO p t i m i z a t i o no fL a n d f i
3、 l lL e a c h a t eM e m b r a n eC o n c e n t r a t eWuY a f a n,Z h a n gY u,C h e nL o n g(C h a n g s h aZ o o m l i o nE n v i r o n m e n t a l I n d u s t r yC o,L t d,C h a n g s h a,H u n a n ,C h i n a;N u c l e a rG e o l o g yG r o u po fG a n s uP r o v i n c e,T i a n s h u i,G a n s
4、u ,C h i n a)A b s t r a c t:MV Re v a p o r a t i o n i so f t e nu s e d t o t r e a tD T R Oc o n c e n t r a t e d l i q u i d i nd o m e s t i cw a s t e f u l l yq u a n t i f i e de m e r g e n c ys e r v i c ep r o j e c t s T h ep r e t r e a t m e n to fe v a p o r a t i o ni sm a i n l y
5、d o u b l ea l k a l im e t h o d,w h i c h i su s e dt or e m o v e t h eh a r d n e s so fs e w a g e,d e l a yt h ec l e a n i n gc y c l eo fe v a p o r a t o ra n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c t i o na n do p e r a t i o n T h ea mm o n i an i t r o g e na n da l k a l i
6、n i t yo f l a n d f i l l l e a c h a t ea r eh i g h,a n dt h e r e a g e n t c o s t r e q u i r e d f o rd i r e c t p r e t r e a t m e n t b y d o u b l e a l k a l im e t h o d i sh i g h T h e r e f o r e,an e wp r e t r e a t m e n tm e t h o d i sd e s i g n e d T h ee x p e r i m e n ts h
7、 o w st h a tt h eo p t i m i z e dp r e t r e a t m e n tr e a g e n t i sr e d u c e df r o m y u a n/t o nt o y u a n/t o n T h et w op r e t r e a t m e n tm e t h o d s,e v a p o r a t i o nu n d e r t h es a m eh a r d n e s sc o n d i t i o n,h a v en e g l i g i b l ee f f e c t so nt h ea m
8、 o u n to fs c a l ea n db o i l i n gp o i n tr i s e,b u tt h eo p t i m i z e dp r e t r e a t m e n tw a s t e w a t e rh a sa l a r g ea m o u n to f f o a mr e d u c t i o n T h eu s eo fd e f o a m i n ga g e n t i sr e d u c e d,a n dt h ec o n d e n s a t ew a t e rq u a l i t y i sc l o s
9、e r t ot h ed i s c h a r g es t a n d a r d K e yw o r d s:D T R Oc o n c e n t r a t e;p r e t r e a t m e n t;d o u b l ea l k a l im e t h o d;MV Re v a p o r a t i o n 引言 年,我国生活垃圾填埋场建设了一大批渗滤液处理站,工艺为“预处理生化膜”;中央环保督察期间,多地生活垃圾填埋场积存液被 曝 出,主 要 应 急 方 式 为“预 处 理两 级D T R O”;年,沈阳大辛和老虎冲垃圾填埋场应急运营采用“预处理软化膜蒸发
10、工艺”,开启了全量化的时代.当前,国内 以上生活垃圾填埋场应急运行时产生的膜浓缩液回灌至填埋场区,导致渗滤液原水中电导率增加,后续工艺处理难以进行,因此,越来越多填埋场开始采用全量化工艺,基本实现了渗滤液的“零排放”.化学软化系统的原理是:通过投加氢氧化钠或者氧化钙溶液提供OH,调节浓缩液中的p H值,使得 其 中 的C a、M g、F e、C u等 离 子 与吴亚帆,等:垃圾渗滤液膜浓缩液软化除硬优化的研究环境与安全OH、C O等结合而形成沉淀,从而去除水中的硬度离子、金属离子等.在D T R O浓缩液应急项目中,若采用C a O和N aC O作为药剂,软化工段的污泥常采用填埋处理,若密封不
11、当,钙、镁沉淀很可能会再次溶出并进入渗滤液,造成渗滤液来水硬度增加.若采用N a OH和N aC O,虽然p H值调节效果较好,但运营成本高.针对上述情况,笔者对高碱度高氨氮废水除硬软化提出了一种简便的思路,一是:大幅降低N a OH投加量;二是废水中碱度降低,降低了原水调加酸用量;三是蒸发器中的泡沫量减少.材料与方法 实验样品某市生活垃圾填埋场因渗滤液库存量较大,需要 快 速 有 效 的 环 保 处 置.现 场 拥 有 t/d“预处理两级D T R O设备”应急处 置,产 生 浓缩液约 t/d,回 灌 至 垃 圾 堆 体.D T R O浓 缩液采用“预 处 理MVR蒸 发”,MVR蒸 发 冷
12、 凝液处理采用反渗 透R O或高级氧化 处理.笔者根据现场运行情况,提取D T R O浓缩液 L进行预处理实验(表).表D T R O浓缩液水质指标电导率总碱度总硬度钙硬度镁硬度C O D氨氮S Sp H值/(m/c m)/(m g/L)/(m g/L)/(m g/L)/(m g/L)/(m g/L)/(m g/L)/(m g/L)浓缩液 水质数据说明:垃圾渗滤液中普遍氨氮值越高,水质检测中直接影响碱度值.因此,对于氨氮越高的水样,其碱度值相应越高.氨氮对碱度的影响如下:NHC OHO NH HC O 实验药剂与设备实 验 药 剂:浓 硫 酸()、N a OH()、P A C、P AM().实
13、验设备:六联搅拌器、烧杯 m L、量筒 m L、蒸发小试设备.检测方法检测分析:p H值采用P H S C型酸度计进行检测;碱度采用 生活垃圾渗沥液检测方法(C J/T )分析方法进行检测;C O D采用快速消解分光光度法测定(国标法),硬度采用E D T A滴定法测定.实验结果 软化药量结果 直接软化在D T R O浓缩液中,碱度充足的情况下,钙离子在p H 沉淀;镁离子在p H 沉淀;硅离子在p H 时,形成碱式硅酸镁,.在烧杯加入 m LD T R O浓缩液,快速搅拌 m i n,用质量分数为 的N a OH将浓缩液p H调节至 ,然后快速搅拌m i n,慢速搅拌 m i n,静置h,取
14、上清液过滤后测硬度.剩余上清液调节p H值至,并统计药剂用量(图).图直接除硬污水p H值和硬度变化关系由图可知,随着N a OH投加量增加,浓缩液的p H值从原液 上升至 的过程中,上清液中的硬度值从进水的 m g/L下降为 m g/L.但在理论p H 和 时,出水硬度为未达到理论状态,必须过量投加药剂才能确保硬度降至设计值.直接软化投加的药剂量分别为:N a OH(固体)约 k g/m,浓硫酸 k g/m,折算成吨水药剂费用约 元/t,出水硬度值 m g/L.间接软化直接软化除硬加碱量大,不仅污泥产量大,且药剂费用高.笔者根据水质情况充分分析,p H 时,原 水 中 碱 度 主 要 为 H
15、C O、HC O、C O;按C a与C O摩尔比值计算,溶液中富余大量的碱度.高碱度的富余,当OH加入后,离子的反应顺序HC ONHM g;加完碱后调节p H值至 时,溶液中碱度分布 HC O、HC O、C O,混凝沉淀后再回调p H值至中性,溶液中碱度离子的反应顺序为C ONH.因此,溶液中酸碱药剂投入反应液中会被其碱和氨氮大量消耗,并没有作用于C a、M g离子.年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期直接除硬软化导致浓缩液中的碱度未被移出体系,而大量的研究表明,溶液的碱度对结
16、垢过程有非常重要的影响,碱度越高对蒸发器的结垢影响越严重.因此,笔者提出一种新的预处理方法,即对于高碱度高氨氮的D T R O浓缩液,可以先加酸后碱,污水中的硬度和碱度都得到有效去除.在烧杯加入 m LD T R O浓缩液,快速搅拌m i n,用质量分数为 HS O将浓缩液p H值调节至 左右,然后快速搅拌 m i n,去除浓缩液中 的 碱 度;再 向 其 中 加 入 质 量 分 数 的N a OH将p H值调节至强碱环境,然后快速搅拌m i n,慢速搅拌 m i n,静置h,取上清液过滤后测硬度值.剩余上清液调节p H值至,并统计药剂用量(图).图间接软化污水p H值和硬度变化关系由图可知,
17、随着N a OH投加量增加,浓缩液的p H值从原液 上升至 的过程中,上清液中的硬度值从进水的 m g/L下降为 m g/L,间接软化投加的药剂量分别为:N a OH(固体)约 k g/m,浓硫酸 k g/m,折算成吨水药 剂 费 用 约 元/m,出 水 硬 度 值 m g/L.直接软化和间接软化均需要过量投加药剂,硬度值低于 m g/L;但间接除硬软化药剂费用较直接除硬软化费用低,硬度值从 m g/L降低至 m g/L时,软化所需的药剂费用从 元/m降低于 元/m,主要是降低了N a OH的投加量,药剂节约量为/.蒸发小试分析于颖 研究表明,蒸发处理过程中,生活垃圾渗滤液的初始p H值对冷凝
18、液中C O D和氨氮含量产生了决定性的影响.酸性条件有利于氨氮去除,碱性条件有利于C O D去除,两者最佳平衡点为微酸性或中性(p H值)条件.另外,酸性环境下的蒸发会对压缩机的腐蚀增加,而中碱性环境下,设备腐蚀程度降低.因此,从产水水质和设备腐蚀考虑,MV R蒸发器的进水p H值宜控制在左右.蒸发泡沫的影响实验时取两种预处理后的水样各 m L,回调p H值至后蒸发.图为间接软化水样,由于前期将p H值调低,污水中的C O大量逸出,因此后续蒸发时,蒸发产生的泡沫减少.图为直接软化水样,虽然p H值回调至,但大量的碱度依然残留在污水中.当温度升高,HC O转变为C O逸出,蒸发表面产生大量的气泡
19、.图直接软化后回调p H值至蒸发图间接软化回调p H值至蒸发蒸发过程在剧烈的气液接触情况下进行,溶液的发泡是难免的现象.如果泡沫量多且不消除,溶质会随气泡上涨而带出蒸发室外,则将引起产品损失和破坏蒸发操作.同时,也会污染冷凝液 ,严重时会对设备造成损害.蒸发沸点升的影响溶质的存在使得溶液的蒸汽压比纯水的低,从而使沸点升高.不同性质的溶液在不同的浓度范围内沸点上升数值是不同的,浓度越高沸点升高也越大.沸点升高会导致蒸发器的换热面积增大,在计算蒸发器换热面积时是不能忽略的.故实验要考察不同预处理对于沸点升的影响(图、图).吴亚帆,等:垃圾渗滤液膜浓缩液软化除硬优化的研究环境与安全图直接软化沸点升数
20、据图间接软化沸点升数据在同样的压缩机工况下,MV R蒸发系统的加热温度不变,随着物料沸点的升高,所获得的有效加热温差会变小,蒸发系统的工作效率下降了.这就是沸点升高对MV R蒸发系统的影响原理.从图和图中的小试数据可以看出,直接软化试验在常温常压下进行,因此,直至预定回收率,蒸发时长约 m i n,实验最终水温为 ,蒸汽温为,沸点升为.而对于间接软化,蒸发时长约 m i n,实验最终水温为 ,蒸汽温为 ,沸点升为,最终回收率约为.沸点升的变化为,在蒸发器的可接受范围内,因此可以忽略其带来的影响.蒸发时长的延长可能由于实验蒸发器设备功率不一致导致,因此对于压缩机能耗的影响不能判断,具体以中试数据
21、为准.蒸发浓缩液形态的影响从图 可以看出,种软化方式蒸发完成后,蒸发瓶上残留的污垢均较多,并且浓缩液中的絮体也较多,瓶壁上的污垢越多,说明换热器表面越容易结垢.因此,直接除硬软化与间接除硬软化对蒸发器表面污垢影响相近,若需要延缓蒸发器的结垢,则 需 要 加 入 阻 垢 剂 或 改 变 蒸 发环境 .图直接软化停止蒸发图直接软化浓缩液形态图间接软化后停止蒸发图 间接软化后浓缩液形态 蒸发冷凝液的影响蒸发小试实验中,直接软化的蒸发时,泡沫厚多,占蒸发器容积;而间接除硬后仅少量些许泡沫产生.直接软化法的渗滤液,MV R蒸发时需要投加消泡剂用于抑制泡沫,运营药剂费用相对较高.同时,直接软化蒸发冷凝液比
22、间接软化差一点,具体数值如表所示.表冷凝液水质检测数据序号指标单位直接软化冷凝液间接软化冷凝液电导率m/c m C O Dm g/L 氨氮m g/L 垃圾渗滤液的常规出水水质标准为 生活垃圾填埋污染控制标准(G B )表或表限值,冷凝液均不能直接达到排放标准,必须要经过深度处理以后才能达标排放,但污染物越与排放标准接近,其深度处理所需工艺越简单、运营费用越低,对项目整体越有利 .结论()对于高氨氮高碱度D T R O浓缩液硬度去除至 m g/L时,间接软化方法对比直接软化的碱的药剂量大幅下降,酸的用量也有小幅降低,但药剂总体费用由 元/m降至 元/m.()种软化方法至硬度值 m g/L时,蒸发
23、至回收率 时,浓缩液在瓶底上的污垢依然较多,需要通过其他方式来减少垢的产生.()两种软化方法的废水蒸发至指定回收率停止时,污水中的沸点升为 和,两者对压缩机的影响可以忽略.(下转第 页)何成媛:流动注射分光光度法测定水中总氰化物的实验研究环境与安全():汪玲化学沉淀F e n t o n氧化法处理含氰废水的试验研究D重庆:重庆大学,中华人民共和国国家环境保护部水质 氰化物的测定 容量法和分光光度法:H J S北京:中国环境出版社,杨剑婷,吴彩娥,贾韶千,等不同方法测定白果中氰化物的研究J食品科技,():李龙飞流动注射总氰化物与分光光度法的比较J山东化工,():陈芬,邓磊,龚娴流动注射的发展概况
24、及在水环境监测中的应用 J当代化工研究,():卢高超,王小娟,安铁鹏,等流动注射分析在饮用水检测中的应用及展望J广州化工,():张欣烨,张洁,张利锋,等连续流动注射分光光度法测定饮用水中氨氮J中国卫生工程学,():中华人民共和国国家环境保护部污水监测技术规范:H J 部分代替H J/T S北 京:中 国 环 境 出 版社,中华人民共和国国家环境保护部地表水和污水监测技术规范:H J/T S北京:中国环境出版社,中华人民共和国国家环境保护部地下水环境监测技术规范:H J 代替H J/T S北京:中国环境出版社,刘雪亭总氰化物测定条件的影响分析J云南环境科学,():卢杰映异烟酸巴比妥酸光谱法与流动
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26、究J广东化工,()朱玉修负压MV R技术在垃圾填埋场浓缩液处理工程中的应用J化工管理,()闫喜凤,周友华,徐洁垃圾填埋场渗滤液典型处理工艺对比研究J环境科学与管理,()姚春阳,古创,陈方方,等化学软化法去除垃圾渗滤液中硬度离子J水处理技术,()史元腾,王小强,寇光辉,等反渗透浓盐水双碱法除硬与除硅工艺研究J水处理技术,()学贤,林智炜,方艺民,等某填埋厂垃圾渗滤液“化学软化TU F板框压滤”的应用研究J水处理技术,()王庆国,乐晨,伏培飞,等烧碱软化混凝沉淀电化学氧化法处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液的研究J环境科技,()全贞花,陈永昌,马重芳,等碳酸钙于换热表面结垢影响因素的模拟分析J工程热物理学报
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